DE1789038A1 - Verfahren zum Anbringen eines Halbleiterkoerpers an einem Montierungsteil - Google Patents

Verfahren zum Anbringen eines Halbleiterkoerpers an einem Montierungsteil

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Description

Western Electric Company Incorporated A. L. Tyler 1
New York, N. Y. 10007 U.S.A.
Verfahren zum Anbringen eines Halbleiterkörpers an einem Montie-
rungsteil
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anbringen eines Halbleiterkörpers an einem Montierungsteil für die Bearbeitung mit einer dünnen Schicht eines Befestigungsmaterials.
Die Montierung von Halbleiterscheiben und anderen Halbleiterkörpern für die Durchführung von Bearbeitungsvorgängen, ist ein wichtiger Teil bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen. Der entsprechende Stand der Technik ist in der USA-Patentschrift 2 984 897 offenbart. Wie die Halbleiterbauelemente, insbesondere als integrierte Elemente immer komplexer werden, sind eine größere Präzision und strengere physikalische Maßstäbe bei dem Montier ungs vor gang erforderlich. Insbesondere ist es oftmals wichtig, daß der Halbleiterkörper montiert ist, so daß ein Fertigpoliervorgang, um die Dicke des Plättchens zu verringern, einen Körper von gleichmäßigen Abmessungen innerhalb genauer Grenzen erzeugt.
In der Vergangenheit wurden verschiedene Klebstoffe verwendet, um Halbleiterkörper für eine Bearbeitung zu montieren. In vielen Bei -
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spielen waren Klebstoffe und die verhältnismäßig einfache Entfernung die einzigen Kriterien beim Auswählen eines Befestigungsmaterials. Mit der Entwicklung von integrierten Halbleiterschaltungen sind jedoch insbesondere die dielektrische Isolierung und daher eine genaue Durchtrennung der Teile des Halbleiterkörpers, eine Genauigkeit in der Lage und der Behandlung der Oberflächen des Körpers erforderlich geworden. Demgemäß muß das für die Montierung verwendete Material diesen Montierungserfordernissen nachkommen wie auch verträglich sein mit den verschiedenen Reagenzien, die zum Polieren und Ätzen verwendet werden. 'Schließlich muß das Befestigungsmaterial leicht entfernbar sein, ohne daß die Struktur des Bauelementes beschädigt wird und mit einem Minimum an Rückständen.
Allgemein umfaßt die Erfindung die Schritte des Zuführens eines Quantums von Montierungsmaterial zu einer Fläche des Halbleiterkörpers, die Ausbildung des Befestigungsmaterials zu einer dünnen gleichmäßigen Schicht vorbestimmter Dicke durch Zuführen eines Montierungsteils zu dem Material mit einer bekannten Kraft für eine Zeitdauer, die auf die Viskosität des Materials und den Flächenbereich des Halbleiterkörpers bezogen ist.
Die beispielhaft die Erfindung erläuternden Zeichnungen zeigen in den Fig. 1 bis 4 im Schnitt die Aufeinanderfolge der Schritte des Montierungs-
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Vorgangs gemäß der Erfindung, die Fig. 5 eine graphische Darstellung des Wärmebehandlungs zyklus zum Nachbehandeln des Montierungs materials und Fig. 6 eine graphische Darstellung der Kraft-Zeitdauer-Beziehung für die verschiedenen Viskositäten des Befestigungsmaterials, um eine Filmdicke von 0, 00025 cm auf einer 2, 54 cm dicken Halbleiterscheibe zu erzielen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde" eine erste Schicht von Befestigungsmaterial aufgebracht, wobei ein nichtklebendes Teil ™
benutzt wurde, um das Material auf der Stirnseite oder Stegleiterseite einer Siliziumscheibe zu einer Dicke auszubreiten und abzuflachen, die gleich der Stegleiter ist. Diese Anfangs schicht wurde dann nachbehandelt und eine zweite Schicht aufgebracht. Die zweite Schicht wurde ausgebildet durch die Benutzung eines festen ebenen Montierungsteils, das eine Kontaktfläche von verbesserter Haftfähigkeit gegenüber dem Befestigungsmaterial aufwies. Eine bekannte Kraft wurde durch das Montierungsteil für einen vorbestimmten Zeitpunkt zugeführt, um die zweite Λ
Schicht zu einer vorbestimmten Dicke zusammenzupressen, typischer weise im Bereich von 0, 00025 cm. Die besonderen Kr aft-Zeit-Parameter wurden bestimmt als eine Funktion, hauptsächlich der Viskosität des Befestigungsmaterials und des Bereichs der Bauelementfläche,
Durch Befolgung dieses besonderen Verfahrens erhält das Montierungs-
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teil absolut eine Stellung im wesentlichen parallel zu der Stegleiterfläche des Halbleiterkörper s. Die Anordnung wird dann einem Wärme zyklus ausgesetzt, der das Harz aushärtet und die Haftung ,zwischen dem Befestigungsmaterial un der Kontaktfläche des Montierungsteils verbessert. Nach dem Aushärtungsschritt ist der Halbleiterkörper fertig für eine weitere Bearbeitung, die ein Polieren und Ätzen der freien Rückfläche einschließt,
Typischerweise wird die Rückfläche des Halbleiterkörpeors mechanisch geläpped und poliert, um die Dicke des Körpers zu verringern und gleichzeitig einen Körper von gleichmäßiger Dicke zu erzeugen. Um einen Halbleiterkörper von gleichmäßiger Dicke zu erzeugen, ist es demgemäß wichtig, daß die gegenüberliegenden Hauptflächen des Körpers parallel sind und somit besteht eine Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Montierung des Körpers, so daß die Stirn- oder Stegleiter fläche parallel zum Montierungsteil verläuft. Damit ist die Ausbildung des Befestigungsmaterials zu einer genauen gleichmäßigen Dicke das Wichtigste.
Demgemäß wird eine bekannte Kraft für einen bestimmten Zeitraum zugeführt, der auf die Viskosität des Befestigungsmaterials und den Körperbereich bezogen ist, um die beschriebene gleichmäßige Dicke des Befestigungsmaterials zu erhalten. Ein anderer Aspekt der Erfindung
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liegt in dem Befestigungsmaterial, das auf einem Polybutadien-Styrol-Harz basiert, und das vorteilhafte Fließcharakteristiken, Haftungsund chemische Widerstandseigenschaften aufweist.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 den Anfangs schritt beim Montierungsvorgang, Eine Reihe von Metalleitern sind auf der Oberfläche des Halbleiter plättchens 11 niedergeschlagen. Es versteht sich, daß das Halbleiterplättchen 11 repräsentativ für die verschiedensten:Gestaltungen ist, die wie hier beschrieben, bearbeitet werden können. Zum Beispiel kann (J
das Halbleiterplättchen 11 eine Vielzahl von gesonderten Bauelementen wie Transistoren umfassen, die genau getrennt sein müssen. Oder das Plättchen kann eine Vielzahl von integrierten Schaltungselementen umfassen, die in einzelne Schaltungen getrennt sind, während gleichzeitig stegleiter-getragene Elemente abgeätzt sind, um eine dielektrische Isolierung herzustellen. In jedem Fall ist es von Bedeutung, die Scheibe so zu montieren, daß ein genaues mechanisches Polieren der Rückseite möglich ist, indem ein geeignetes Mittel verwendet wird. Die Metall- λ
leiter 12 weisen eine Standarddicke auf, die benutzt wird, um Verbindungen für integrierte Schaltungsbauelemente herzustellen, während die dickeren Leiter 13 die tragenden Stegleiter umfassen. Auf dieser Stegleiterfläche wird ein Quantum 14 eines Befestigungsmaterials, das Polabutadien-Styrol-Harz umfaßt, aufgebracht und eine Scheibe 16 aus Saphir und ein Teflon-Trenner 15 werden über dem Halbleiterkörper angeordnet.
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Wie Fig. 2 zeigt, werden dann die Scheibe 16 und der Trenner 15 gegen die Stegleiterfläche der Halbleiterscheibe gedrückt, um das Befestigungsmaterial zu einer Dicke zusammenzudrücken, die nicht größer als die der Stegleiter 13 ist. Im Zusammenhang mit diesem Anfangs schritt ist es wichtig ein gewisses Einschrumpfen des Befestigungsmaterials einzukalkulieren, das während des nachfolgenden Härtevorgangs eintritt und daher ist es wichtig, den Einschluß von Luftblasen in oder unter dem Material zu vermeiden. In einem speziellen Vorgang wurden ein 0, 00025 cm dicker Teflonfilm und eine Scheibe von 2, 54 cm Durchmesser benutzt. Es wurde ein Gewicht von etwa 4, 5 kg oder ca. 35 kg pro Quadratzentimeter zugeführt. Das Befestigungsmaterial wurde dann in einer Stickstoffatmosphäre bei etwa 200 C für etwa 2 Stunden ausgehärtet. Während dieses Aushärtungs vor ganges bewirkte die Schrumpfung des Befestigungsmaterials in Berührung mit dem Teflonfilm ein Zurückziehen, aber der mit der Halbleiterscheibenoberfläche in Berührung stehende Teil blieb an dieser Fläche haften. Nach dem Aushärteschritt konnte der Teflon-Abstandshalter leicht von dem Befestigungsmaterial entfernt werden, wobei das Halbleiterbaumaterial mit einer Tiefe beschichtet blieb, die im wesentlichen gleich der Dicke der Stegleiter war, und zwar mit einer harten, gut haftenden Schicht 14.
Nach Fig. 3 wird der Montierungsvorgang fortgesetzt mit der Zuführung eines anderen Quantums an Befestigungsmaterial 18. Bei diesem Vorgang
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ist jedoch an Stelle des Teflon-Trenners 15 die Montierungsplatte 16 mit einem Film 17 von Silizium dioxyd beschichtet. Typischer weise weist die Siliziumdioxydschicht eine Dicke von 2000 bis 3000 K und erzeugt eine bessere Haftung des Befestigungsmaterials an der Scheibe 16, die das Moritierungsteil umfaßt. Wiederum drückt die Scheibe 16 das Material 18 zu einer dünnen Schicht, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, in der die Anfangsschihct 14 und üie End- oder obere Schicht 18 als eine einzige Schicht 14, 18 dargestellt ist.
Das Erzielen einer Schicht, die eine gleichmäßige Dicke im Bereich von 0, 00025 cm zwischen der Oberfläche der Stegleiter 13 und der Berührungsfläche der Scheibe 16 aufweist, ist jedoch für ein besonderes Befestigungsmaterial eine Funktion des Betrages der Kraft und der Zeit, während der sie zugeführt wird sowie des Flächenbereichs der Anwendung» Insbesondere ist nach Fig. 6 die Kraft und die Zeit, die erforderlich sind, eine 0, 00025 cm große Filmdicke auf einer Scheibe mit 2, 54 cm Durchmesser bestimmbar als Funktion der Viskosität des verwendeten Befestigungsmaterials. Eine besondere Ausführungsform, die erfolgreich ausgewählt wurde, benutzt ein Material, das aus den folgenden Komponenten zusammengesetzt ist* Butadien-Styrol-Harz 70 Gewichtsprozent
(Rieon-100 Resin, der Fa.Richardson Co, Mlrose Park, 111. 60/60 USA) (Buton-100 Resin-Enjay Chemical Co.)
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Vinyl Toluol 30 Gewichtsprozent
y -Methacryloxypropylthimethoxysilan 1, 0 Teile
pro 100 Teile Harz
(Dow Corning Z-6030 Silan)
2, 5 Dimethyl - 2, 5 - bis (t -Butylperoxy)
Hexan 5 Teile pro 100 Teile
Harz (Lupersol 101 der Fa. Wallace & Tiernaiijlnc.
Buffalo, N. Y. 14240, USA.
Dieses Material besitzt eine Viskosität von etwa 8 bis 10 Poise bzw. Zähigkeitseinheiten. In Fig. 6 ist in der graphischen DarsteUung auf-
-5 gezeigt, daß bei einer Zeitdauer von 6 bis 7 Minuten unter 2, 25 · 10 Dyne, das Befestigungsmaterial zu der gewünschten Dicke zusammengedrückt wird.
Nachfolgend wird die zweite Schicht 18 der Anordnung einem Härtungsvorgang ausgesetzt durch Erhitzung auf Temperaturen und für Zeiträume, die in der graphischen Darstellung nach Fig. 5 angegeben sind. Der Teil des Erhitzungs vor gangs, der dem Anstieg auf 75 C nachfolgt, wurde als der Wichtigste beim Erzielen einer gleichmäßigen Haftung zwischen dem Befestigungsmaterial und dem mit Siliziumdioxyd beschichteten Montierungsteil 16 befunden. Temperaturabschweifungen, die verhältnismäßig schnell auftreten, ergeben Fehler in der Haftung an der Fläche
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zwischen dem Befestigungsmaterial 14, 18 und dem Montierungsteil
Das Befestigungsmaterial ist höchst vorteilhaft für die Anwendung mit KaHum-Hydroxyd-Alkohol-Ätzsystemen, wobei ein Polymer gebildet wird, das ungewöhnlich widerstandsfähig gegenüber ehemischen Angriffen durch starke Säuren, Laugen und organischen Lösungsmitteln ist.
Es ist im wesentlichen möglich irgendein relatives Verhältnis der vorstehenden Bestandteile bis zu 50% Vinyl-Toluol anzuwenden. Die Wahl einer speziellen Zusammensetzung wird bestimmt durch die für ein ■ präzises Montieren erforderliche Viskosität, den chemischen Widerstand und die Härte, die erforderlich sind für die nachfolgenden Vorgänge. Es sollte betont werden, daß ein Ansteigen der Vinyl-Toluol-Menge beträchtlich längere Aushärtezeiten erforderlich macht und erhöhte organische Per oxyd-Konzentrationen, um ein gleichwörtigeausgehärtetes Befestigungsmaterial zu erzeugen.
Im Zusammenhang mit der Zuführung einer Kraft zu dem Montierungsteil 16 ist es wichtig, daß ein Verfahren angewandt wird, um die genaue parallele Lage der Kontaktfläche des Montierungsteils in Bezug auf die Stegleiteroberfläche des Halbleiterbauelementes sicherzustellen. Es ist natürlich wichtig, daß die Montierungsscheiben selbst ebene, genau parallel verlaufende Hauptflächen aufweisen. Geeignete Scheiben können aus Saphir hergestellt werden, um die erwünschten Eigenschaften
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einer hohen Festigkeit, chemischen Widerstandsfähigkeit und der Fähigkeit infrarotes Licht zu überführen, zu kombinieren, so daß die Ausfluchtung der Masken auf der Rückfläche des Halbleiterkörpers erleichtert ist. Kathodenstrahl-Aufdampfverfahren sind als ein bequemes Mittel anzusehen eine Siliziumdioxydschicht 17 an der Kontaktfläche des Montierungsteils anzubringen.
Nachdem schließlich Läppungs-Polier- und Ätzvorgänge, die nicht ein Teil dieser Erfindung darstellen, durchgeführt worden sind, wird das Befestigungsmaterial schnell entfernt, indem die Anordnung sauerstoffhaltigen Ozonen ausgesetzt wird. Diese Ozon-Behandlung ergibt ein Gasprodukt, das leicht entfernt werden kann und das Endergebnis ist ein Halbleiterplättchen, das geringe oder keine Rückstände aufweist.
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Claims (6)

Tyler 1 AA Patentanspruch e
1. Verfahren zum Anbringen eines Halbleiterkörpers an einem Montierungsteil für die Bearbeitung mit einer dünnen Schicht eines Befestigungsmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Fläche des Halbleiterkörpers (11) ein Quantum des Befestigungsmaterials. (14,18) aufgebracht wird, und daß das Befestigungsmaterial (14,18) zu einer dünnen Schicht vorbestimmter Dicke durch Aufbringen des Montierungsteils ausgeformt wird, mit einer bestimmten Kraft für eine Zeitdauer, die auf die Viskosität des Materials und den Flächenbereich des Halbleiterkörpers (11) bezogen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung nachfolgend erhitzt wird, um das Befestigungsmaterial (14,18) auszuhärten.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Befestigungsmaterials aus einer ersten Schicht (14) und einer zweiten Schicht (18) besteht, die in aufeinanderfolgenden Schritten aufgebracht werden, wobei nach jedem Schritt eine Erhitzung stattfindet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmaterial (14,18) ein Polybutadien-Styrol-Harz umfaßt.
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5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Film aus Siliziumdioxyd (17) auf der Berührungsfläche des Montierungsteils (16) vor dem Aufbringen der zweiten Schicht des Befestigungsmaterials (18) auegebildet wird.
6. Verfahrennach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (11) auf seiner einen Seite Stegleiter (12,13) aufweist, und daß zwei Schichten von Befestigungsmate-
rial (14,18) in aufeinanderfolgenden Schritten aufgebracht werden, wobei die erste Schicht (14) eine Dicke aufweist, die etwa gleich der Dicke der Stegleiter (12,13) ist.·
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Leersei te
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